JP2007059395A - Ion beam implanting device and method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new system structure for high-current ion beam generation improved in the uniformity of ion beams without requiring additional structuring elements, even if manufacturing cost is reduced and manufacturing processes are simplified. <P>SOLUTION: This ion implanting device is provided with multiple operating modes. The device has an ion source and an extraction means for extracting a ribbon-shaped ion beam therefrom. The ion implanting device includes a magnetic analyzer for selecting ions with specific mass-to-charge ratios to pass through a mass slit to be projected to a substrate. A multipole lens is provided to control beam uniformity and collimation. This ion implating method is provided with a two-path beamline in which a second path incorporates a deceleration system incorporating energy filtering. The method can change over ion implantation modes from the one-dimensional scanning to two-dimensional scanning of a target, and from a a simple path to an S-shaped path with deceleration. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、一般的にイオン注入を実施するための装置に関する。本発明は具体的に、異なるイオンエネルギーで大電流/中電流イオン注入を実施するための装置および方法に関する。   The present invention relates generally to an apparatus for performing ion implantation. The present invention specifically relates to an apparatus and method for performing high current / medium current ion implantation at different ion energies.

イオン注入とは、一般にドーパントと称される原子または分子をターゲット基板に導入するために用いられる一種の弾丸プロセスであり、有用な性質をもつ物質を作り出す。イオン注入は現代の集積回路を作成するのに用いられる共通プロセスであり特に興味深い。また、イオン注入はフラットパネルディスプレイのような光学的またはディスプレイデバイスを製造するために、制御された厚みで所定の表面特性をもつ蒸着薄膜のために使用することもできる。   Ion implantation is a type of bullet process that is used to introduce atoms or molecules, commonly referred to as dopants, into a target substrate, creating a material with useful properties. Ion implantation is a common process used to create modern integrated circuits and is particularly interesting. Ion implantation can also be used for deposited thin films with controlled surface thickness and predetermined surface properties to produce optical or display devices such as flat panel displays.

図1は、約30年間製造されてきた一般的なタイプである従来のバッチ式注入システムを示す。その注入システムはイオンビーム13を形成するイオンビーム源14を含む。ビーム13が、円盤状のターゲット基板ホルダー11上に取り付けられた一群のターゲット基板10に衝突するように向けられる。これらの要素は図示されていないが真空筐体の中に収められている。円盤状の基板ホルダーは軸12(好ましくはビーム13の軸と平行に)周りに回転し水平に移動して、軸12とビーム13間の距離Rが変えられる。均一なイオンの注入量(dose)を達成するために、移動速度は距離Rに反比例する。   FIG. 1 shows a conventional batch injection system, a common type that has been manufactured for about 30 years. The implantation system includes an ion beam source 14 that forms an ion beam 13. The beam 13 is directed to impinge on a group of target substrates 10 mounted on a disc-shaped target substrate holder 11. Although not shown, these elements are housed in a vacuum enclosure. The disc-shaped substrate holder rotates about the axis 12 (preferably parallel to the axis of the beam 13) and moves horizontally, so that the distance R between the axis 12 and the beam 13 is changed. In order to achieve a uniform ion implantation dose, the moving speed is inversely proportional to the distance R.

ある用途、特に300mmウエハーまたはそれより大きな基板を注入ターゲットとして用いる用途では、ビーム断面の一方向を他方向より非常に大きい高アスペクト比を有するリボン状ビーム形のイオンビームを生成することは有利である。これらのリボンビームは、シリコンウエハーまたはフラットパネルディスプレイのような単一の母材(workpiece)がイオンビームを通して単一方向に移動するイオン注入装置および注入システムにおいて広く使用される。これらの場合、リボンイオンビームの断面は注入を行う母材の一方向寸法より大きい一方向を有するのが典型的である。その結果、イオンビームを1回またはそれ以上の通過により、均一なイオン注入量を母材に注入することができる。   In certain applications, particularly those using 300 mm wafers or larger substrates as implantation targets, it is advantageous to generate a ribbon beam ion beam having a high aspect ratio with one direction of the beam cross-section much greater than the other direction. is there. These ribbon beams are widely used in ion implanters and implant systems where a single workpiece, such as a silicon wafer or flat panel display, moves in a single direction through the ion beam. In these cases, the cross section of the ribbon ion beam typically has one direction that is larger than the one direction dimension of the implant base material. As a result, a uniform ion implantation amount can be implanted into the base material by passing the ion beam once or more.

これらの用途において、リボンビームは、半導体ウエハーまたはフラットガラスパネルにイオン注入するために適切な均一な電流密度プロフィールを与えるようにイオン軌道が平行かつ注意深い制御のもと移動するのが望ましい。イオン源供給材料および/またはイオン源それ自体の材料中に存在し得る望ましくない種が実質的に存在しないイオンビームであることもまた望ましい。長年に渡り、当業界の標準的技法として、これらのイオンビームから望ましくない種または成分を分離、除外するのにマグネット分析が行われてきた。しかしながら、大きなリボン状ビームに対しては一般的に、このタイプのマグネット分析およびイオンビーム純化はより困難となり高コストとなる。この具体的な問題の他に、リボンビームの分析および輸送の一般的な最新技術がホワイト氏(White)らの詳細な総説「大きさ24インチまでの平行リボンイオンビームの均一性の制御」(Applications of Accelerators in Science and Industry 1998、AIP,830頁1999年)に記載されており、その全文を明白に本明細書に援用する。   In these applications, it is desirable for the ribbon beam to move under parallel and careful control of the ion trajectory so as to provide a uniform current density profile suitable for ion implantation into a semiconductor wafer or flat glass panel. It is also desirable that the ion source be an ion beam that is substantially free of undesirable species that may be present in the source source material and / or the material of the ion source itself. Over the years, magnet analysis has been performed as a standard technique in the industry to separate and exclude unwanted species or components from these ion beams. However, for large ribbon beams, this type of magnet analysis and ion beam purification is generally more difficult and costly. In addition to this specific problem, the most common state-of-the-art ribbon beam analysis and transport technology is the detailed review by White et al. “Controlling Uniformity of Parallel Ribbon Ion Beams Up to 24 Inch” ( Applications of Accelerators in Science and Industry 1998, AIP, page 830, 1999), the entire text of which is expressly incorporated herein.

近年、商用に売り出されているイオン注入装置および注入システムの中で、日新イオン機器株式会社(日本、京都)、住友・Eaton−Nova共同会社(日本、東京)および石川島播磨重工業株式会社(日本、東京)製のフラットパネルディスプレイのイオンビーム注入用のものが販売されている。これらのシステムの多くは、イオン源に残留するようなイオンビーム中にほとんど常に存在する望ましくない種の汚染物質を排除する能力がほとんどまたは全く無い。   Among the ion implanters and implant systems that have been on the market in recent years, Nissin Ion Equipment Co., Ltd. (Kyoto, Japan), Sumitomo / Eaton-Nova Co., Ltd. (Tokyo, Japan), and Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. , Tokyo) flat panel displays for ion beam implantation are on the market. Many of these systems have little or no ability to eliminate undesirable species of contaminants that are almost always present in the ion beam as they remain in the ion source.

それとは対照的に、三井造船は商用に注入装置およびシステムを製造しており、それらは質量分析された(すなわち、望ましくない種の除去によって純化されたビーム)均一なリボンビームでフラットパネルディスプレイに注入することができるが、いくつかの異なる商業的に有用な元素源のイオンビームから非常に大きな種の汚染物質を除去するには通常十分なだけの適度な分解能(すなわち、約10の2乗)のマグネットを使用している。   In contrast, Mitsui Engineering produces commercial injection devices and systems that are mass analyzed (ie beams purified by removal of unwanted species) into flat panel displays with uniform ribbon beams. A moderate resolution that can be implanted but is usually sufficient to remove very large species of contaminants from ion beams of several different commercially useful elemental sources (ie, approximately 10 squared) ) Magnet is used.

シリコンウエハー用のイオン注入システムの1つのタイプとして、バリアン(Varian)半導体装置共同事業者(Glocester, MA)製、モデルSHC 80、VIISta−80およびVIISta HCイオン注入システムが代表的である。このシステムを米国特許第5,350,926号の図1を改作して図2に示すが、それを本明細書に援用する。このシステムはイオンビーム1を発生させるためのイオン源2、分析用電磁石3、分解用アパチャ4および第二の電磁石5を含む。制御ユニット36はビーム記録装置からライン36aでビーム強度情報を受け取り、磁石3の多極要素を制御するのに制御信号をライン36bに沿って、またはビーム可変素子を制御するのにライン36cに沿って送信する。磁石3がイオンビームを質量分析する。磁石5はビームの均一性を維持するため閉ループ制御の磁場を用いて分散面に沿ってビームを拡大する。その結果がターゲット7に入射するリボン状イオンビーム6である。さらに図2のシステムの詳細は略称926特許に記載されている。   One type of ion implantation system for silicon wafers is typically modeled SHC 80, VIISTA-80, and VIISTA HC ion implantation systems, manufactured by Varian Semiconductor Device Partners (Gloester, MA). This system is shown in FIG. 2 as a modification of FIG. 1 of US Pat. No. 5,350,926, which is incorporated herein by reference. The system includes an ion source 2 for generating an ion beam 1, an analysis electromagnet 3, a decomposition aperture 4 and a second electromagnet 5. The control unit 36 receives beam intensity information on line 36a from the beam recorder and provides control signals along line 36b to control the multipolar elements of the magnet 3 or along line 36c to control the beam variable element. To send. The magnet 3 performs mass analysis on the ion beam. The magnet 5 expands the beam along the dispersion plane using a closed-loop controlled magnetic field to maintain beam uniformity. The result is a ribbon-like ion beam 6 incident on the target 7. Further details of the system of FIG. 2 are described in the abbreviation 926 patent.

イオンビームとビーム拡大のために適用される磁場間の複雑な相互作用によって、この方法はいくつかの技術上、実施上、工程関連上の問題を引き起こし、そのような装置の全製造コストが増加し、イオン注入を実行するための操作手順がより複雑となる。特に、このシステムを通過するビーム経路は相対的に長く、低エネルギーおよび高ビーム電流のとき、イオンビームの均一性およびビーム内の角度変動を一定の商業プロセスで要求される精度で制御するのが益々困難になる。   Due to the complex interaction between the ion beam and the magnetic field applied for beam expansion, this method poses several technical, practical and process related problems and increases the overall manufacturing cost of such a device. In addition, the operation procedure for performing ion implantation becomes more complicated. In particular, the beam path through this system is relatively long, and at low energies and high beam currents, it is possible to control ion beam uniformity and angular variations within the beam with the accuracy required by certain commercial processes. It becomes increasingly difficult.

さらに、200eVにまで低いエネルギーでイオンのミリアンペア電流を得ることが望ましい。最大のビーム電流は、ターゲットの直前でイオンビームを減速することにより得られる。しかしながら、この実施にはいくつかの知られている不利な点がある。1つの不利な点は、減速によって軌跡が変動し角度誤差が拡大し、リボンビームの均一性を制御することがより困難になることである。もう1つの不利な点は、一部のイオンが残存するガス状の原子や分子で電荷交換プロセスによって中和され、その結果、減速されないことである。これらのイオンは意図したよりさらにシリコンに浸透し、あるドーパントイオンのこの深い浸透が意図したプロセスを妨害し、さらに、それが真空システム内のシステム圧に依存するので、日々一定の条件を維持するのが困難であり、汚染の程度が許容されるほど十分一定でない。この問題は公知であり、米国特許第6,489,622 B1および6,710,358 B1号で解決法が提案されており、これらを本明細書に援用する。   Furthermore, it is desirable to obtain ion milliamp currents with energy as low as 200 eV. The maximum beam current is obtained by decelerating the ion beam just before the target. However, this implementation has several known disadvantages. One disadvantage is that the trajectory fluctuates due to deceleration and the angular error increases, making it more difficult to control the uniformity of the ribbon beam. Another disadvantage is that some ions are neutralized by the charge exchange process with the remaining gaseous atoms and molecules and as a result are not slowed down. These ions penetrate more into silicon than intended, and this deep penetration of certain dopant ions interferes with the intended process, and also maintains constant conditions daily because it depends on the system pressure in the vacuum system. And is not sufficiently constant to allow the degree of contamination. This problem is known and solutions are proposed in US Pat. Nos. 6,489,622 B1 and 6,710,358 B1, which are incorporated herein by reference.

その結果、これらのタイプのイオン注入システムは、形状および大きさが制御できる、高電流で高均一性イオンビームを有する順次様式の注入を実施するための可能な解決法でないことがよくある。集積回路形成の業界において、製造コストを下げ製造プロセスを簡略化しても追加の構成要素を必要としないで均一性を改良した高電流イオンビーム発生のための新しいシステム構成を提供するニーズがある。   As a result, these types of ion implantation systems are often not possible solutions for performing sequential mode implantation with high current and high uniformity ion beams that can be controlled in shape and size. There is a need in the integrated circuit industry to provide a new system configuration for high current ion beam generation with improved uniformity without the need for additional components even if manufacturing costs are reduced and manufacturing processes are simplified.

本発明の1つの態様はイオン注入装置であって、イオン源(イオンソース)、分岐引き出し光学を通ってイオンビームを引き出すための引き出しアセンブリ、質量分析マグネットおよびビーム密度制御器を含む。注入装置はさらに、注入のためのターゲットをのせるターゲット室を含む。例示的には、ターゲットは半導体ウエハーまたはフラットパネルディスプレイである。引き出し光学はビームが引き出し光学を出るとき分岐するビームを作るために凸形の形状を有する。イオンビームは分岐引き出し光学とビーム密度制御器によって形づけられるが、より長い方向がマグネットの非分散面内にある相対的に高く狭い断面を持つ。ビームが移動を続けるにつれ、ビームは、イオンビームがターゲットウエハーに届きウエハーの直径すべてを覆うのに十分な高さを有するように、分岐が引き続き起こるにつれ益々高くなる。イオン注入装置はさらに、イオンビームの長い横方向に渡って走査するためにターゲットウエハーの近くに設置されたファラデービーム電流測定デバイスを含み、ビームの均一性を測定し測定データをビーム密度制御器にフィードバックする。   One aspect of the present invention is an ion implanter comprising an ion source, an extraction assembly for extracting an ion beam through a branch extraction optics, a mass spectrometry magnet and a beam density controller. The injection device further includes a target chamber on which a target for injection is placed. Illustratively, the target is a semiconductor wafer or a flat panel display. The extraction optics has a convex shape to create a beam that branches when the beam exits the extraction optics. The ion beam is shaped by branch extraction optics and a beam density controller, but has a relatively high and narrow cross section with the longer direction lying in the non-dispersed plane of the magnet. As the beam continues to move, the beam becomes increasingly higher as bifurcation continues so that the ion beam reaches a target wafer and is high enough to cover all of the wafer diameter. The ion implanter further includes a Faraday beam current measurement device installed near the target wafer for scanning the ion beam over a long lateral direction to measure the uniformity of the beam and transfer the measurement data to the beam density controller. provide feedback.

本発明の他の態様では、単一の双極子マグネットを提供し、その主軸方向がイオン源から双極子磁場の方向に分岐を続けながらイオンビームを質量分析する。その態様は付加的に、必要な主寸法サイズに達すればイオンビームの分岐を止めて、ビームを視準すなわち平行にするためレンズを使用することができる。適切なレンズは、磁場または電場を使用でき、4極場を生じさせ、高アスペクト比のビーム進路をイオンビームのリボン形状に大体一致するようにしなければならない。   In another aspect of the present invention, a single dipole magnet is provided, and the ion beam is subjected to mass analysis while the principal axis direction continues to branch from the ion source in the direction of the dipole magnetic field. The embodiment can additionally use a lens to collimate or collimate the beam by stopping the branching of the ion beam once the required major dimension size is reached. A suitable lens can use a magnetic or electric field and must produce a quadrupole field so that the high aspect ratio beam path roughly matches the ribbon shape of the ion beam.

高電流低エネルギービームを使用するような特定の状況では、リボンビームは十分に均一であると保証することは不可能かもしれない。本発明の他の実施例では、リボン状イオンビームを発生するイオン源、磁気質量分析器(磁気質量アナライザ)、ビームを形作る焦点システムおよびシリコンウエハーまたはフラットパネルのような母材がイオンビームを通って機械的に移動できる加工場所を含む。イオンビームが質量分析器から離れると、1対の強磁性の支持体に配置された1対のコイルの配列を含む磁性多極レンズであり得る、最初のレンズは2つの様式で操作され得る。第一の様式では、この多極レンズのコイル中の電流は、イオンビームプロフィールの測定に対応して、このビームプロフィールの電流密度を制御するためにコントロールされる。イオンビームはその主寸法が母材の寸法を超えるリボン状ビームとして継続するようにできる。その後母材は単一経路に沿って、母材表面に所望のイオンの均一な注入量を注入するために1回またはそれ以上の回数でこのイオンビームを通って移動させられる。第二の様式では、この最初の多極レンズのコイル中の電流がリボンイオンビームをその主寸法に収束させる4極磁場を生じさせるように励起させて、それによって、母材のどちらかの寸法より両横方向で小さいビームスポットを下流地点に発生させる。それから母材は、その表面に部分的に重複する帯状の連続注入によって均一なイオンの注入量が注入されるようにイオンビームを通って2次元で往復する経路で移動する。   In certain situations, such as using a high current, low energy beam, it may not be possible to ensure that the ribbon beam is sufficiently uniform. In another embodiment of the present invention, an ion source that generates a ribbon-like ion beam, a magnetic mass analyzer (magnetic mass analyzer), a focusing system that forms the beam, and a matrix such as a silicon wafer or flat panel is passed through the ion beam. And machining locations that can be moved mechanically. As the ion beam leaves the mass analyzer, the first lens can be manipulated in two ways, which can be a magnetic multipole lens that includes an array of coils disposed on a pair of ferromagnetic supports. In the first mode, the current in the coil of the multipole lens is controlled to control the current density of the beam profile in response to the measurement of the ion beam profile. The ion beam can be continued as a ribbon beam whose major dimensions exceed the dimensions of the matrix. The matrix is then moved through this ion beam along a single path one or more times to inject a uniform dose of the desired ions onto the matrix surface. In the second mode, the current in the coil of this first multipole lens is excited to produce a quadrupole magnetic field that focuses the ribbon ion beam to its main dimension, thereby causing either dimension of the matrix. A smaller beam spot in both lateral directions is generated at the downstream point. Then, the base material moves in a two-dimensional reciprocating path through the ion beam so that a uniform ion implantation amount is implanted by a continuous strip-shaped implantation partially overlapping the surface.

第二の様式は、空間電荷および他の影響によってビーム中の電流の均一性を正の制御で行うことをより困難にさせる条件下で高電流低エネルギービーム(例えば、エネルギーが3keVより低く、1mAより大きな)を用いる場合に有利になる可能性が高い。第一の様式がよりゆっくりした動きを必要とし、イオンビームプロフィールを満足できる制御が達成されるエネルギーで、より高い処理能力をもたらす可能性が高い。どちらの様式においても多極レンズ中の電流は、たとえ低エネルギーにおいてこの制御がリボンビームの1回の通過で均一な注入を確実にするのが不十分であっても、ビームの電流密度プロフィールを微調整するよう調節され得る。第二の様式において、このことは円滑なガウス形ビームプロフィールを近似するのに価値があろう。円滑なビームプロフィールでないと、イオンビームを通して一定の増分で母材を通過させる方法は母材中のイオンビーム注入量の変動を検知しうる縞の原因となろう。   The second mode is a high current, low energy beam (e.g., energy lower than 3 keV, 1 mA under conditions that make space uniformity and other effects make it more difficult to achieve positive current uniformity in the beam. Is likely to be advantageous when using larger). The first mode requires slower movement and is likely to result in higher throughput with energy at which control that satisfies the ion beam profile is achieved. In either manner, the current in the multipole lens can reduce the current density profile of the beam, even at low energy, even if this control is insufficient to ensure uniform injection in a single pass of the ribbon beam. Can be adjusted to fine tune. In the second mode, this would be worth approximating a smooth Gaussian beam profile. If the beam profile is not smooth, the method of passing the base material through the ion beam in certain increments will cause fringes that can detect variations in the amount of ion beam implantation in the base material.

本発明のさらになる態様は、第一の多極レンズの後に第二のレンズを設けるものであり、その機能はイオンビームを平行にすることである。これは特に第一の操作様式において、すなわち、そうしないと母材の面を横切って注入角度の系統的な変動が生じるであろうリボンビームの場合に重要である。それは第二の様式でイオンビームの角度変動の範囲を減少させるのにも重要である。   In a further aspect of the present invention, a second lens is provided after the first multipole lens, and its function is to make the ion beam parallel. This is particularly important in the first mode of operation, i.e. in the case of ribbon beams where otherwise systematic variation of the injection angle will occur across the surface of the matrix. It is also important to reduce the range of angular variation of the ion beam in the second manner.

本発明のさらなる態様は、湾曲イオンビーム経路を用いるイオンビーム減速の任意選択的な手段を提供するが、リボンビームあるいは2D走査ビームの様式でイオン注入する用途に対し、低エネルギーで高ビーム電流を、高エネルギー汚染物をフィルターで取り除きながら伝送するための手段である。本発明のこの態様によると、ビームは標準条件から少しだけ異なる角度に湾曲され、イオンビームは減速場で電場の2つの相反する連続する横向きの成分を重ね合わせる一組の電極を用いた手段で減速させ、イオンビームをS形状に曲がって偏向させ、その偏向が各々少なくとも10度の角度になるようにしてイオンビームの幅の数倍の横の変位を与えるようにする。ビームのどちらかの側でビーム停止を与えることによって、伝送されるイオンは正しい電荷とエネルギーをもつものだけであり、高エネルギー中性原子のような汚染物を除去することができる。   A further aspect of the present invention provides an optional means of ion beam deceleration using a curved ion beam path, but for applications where ions are implanted in the form of a ribbon beam or a 2D scanning beam, a high beam current at low energy. It is a means for transmitting high energy pollutants while removing them with a filter. According to this aspect of the invention, the beam is curved at a slightly different angle from the standard conditions, and the ion beam is a means using a set of electrodes that superimposes two opposite lateral components of the electric field in a deceleration field. Decelerate and deflect the ion beam into an S shape, deflecting each at an angle of at least 10 degrees to give a lateral displacement several times the width of the ion beam. By providing a beam stop on either side of the beam, the only ions transmitted are those with the correct charge and energy, and contaminants such as high energy neutral atoms can be removed.

本発明の装置および方法によって、
1.高分解能で短く比較的単純なビームライン中、単一分析マグネットで効率的に質量分析されるイオン注入用リボンビームを発生すること、
2.ビームが注入のターゲットより小さく、そのターゲットは均一な注入が達成されるように2Dパターンで走査される第二の操作様式を与えること、
3.ターゲット表面に渡り、イオンビームの平行と注入角度の変動を制御すること、
4.高エネルギー中性原子でb通常の汚染を除去する方式における、どちらかの注入様式のイオンビームを減速する手段を与えること、
5.イオンビームにおける電流密度の変化と制御の手段
を与えること、が可能となる。
By the apparatus and method of the present invention,
1. Generating a ribbon beam for ion implantation that is efficiently mass analyzed with a single analysis magnet in a short, relatively simple beam line with high resolution;
2. Providing a second mode of operation in which the beam is smaller than the target of implantation, and the target is scanned in a 2D pattern so that uniform implantation is achieved;
3. Controlling the variation of the ion beam parallelism and implantation angle across the target surface;
4). Providing a means to slow down the ion beam of either implantation mode in a scheme that removes normal contamination with high energy neutral atoms;
5. It is possible to provide a means for changing and controlling the current density in the ion beam.

本発明のこれら及び他の目的と利点は、以下の詳細な説明によって当業者にとっては明らかになるであろう。   These and other objects and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description.

図3は本発明のイオン注入システムの第一の実施例の斜視図である。システムは図2に示すものと類似の分岐引き出し光学から発するイオンビーム100を作るイオン源102、質量分析マグネット414およびコリメータレンズ200を含む。当業者には理解されるように、これらの構成要素は真空筐体(表示せず)に収められている。マグネット414は上下コイル120,121および入射アパチャ164と出射アパチャ166を有するヨーク110を含む。マグネットは約90度の弧で曲げられる。イオンビームの断面は、比較的に高く薄く、断面のより長い方向がマグネット110の非分散面内にある。イオンビームは引き出し電極を出る際にわずかに分岐しており、ビームがビーム経路に沿って進むにつれ、ビーム光が引き続き分岐されるにつれてより高くなり、ビームがターゲット(例えば、半導体ウエハーの可能性がある)に近づくと、その主寸法が注入ターゲットサイズ、すなわちシリコンウエハーでは200または300mm、よりも大きくなる。コリメータレンズ200は分岐を止め、ターゲットの注入面を横切る注入角度の変化を制御しながらビームを平行にする。   FIG. 3 is a perspective view of the first embodiment of the ion implantation system of the present invention. The system includes an ion source 102 that produces an ion beam 100 emanating from branched extraction optics similar to that shown in FIG. As will be appreciated by those skilled in the art, these components are housed in a vacuum enclosure (not shown). The magnet 414 includes upper and lower coils 120, 121 and a yoke 110 having an entrance aperture 164 and an exit aperture 166. The magnet is bent with an arc of about 90 degrees. The cross section of the ion beam is relatively high and thin, and the longer direction of the cross section is in the non-dispersed surface of the magnet 110. The ion beam is slightly branched as it exits the extraction electrode, and as the beam travels along the beam path, it becomes higher as the beam light continues to diverge and the beam becomes more likely to be a target (e.g., a semiconductor wafer). As it approaches, the major dimension is larger than the implantation target size, ie 200 or 300 mm for silicon wafers. The collimator lens 200 stops branching and collimates the beam while controlling the change in injection angle across the target injection surface.

図3の分析マグネットは入射アパチャ164から出射アパチャ166まで平行である上部および下部を有するビームに対し中央通路をもつ。従って、図3のA−A’線に沿ってとられたマグネット断面はマグネットの曲率半径に沿う任意の点で同じである。しかしながら、イオンビームは分岐している。第二の実施例において、マグネットの構成が図4a、4b、4cの3つの断面図で示されるように変更され、マグネットを通ってビーム通路の高さはビームが拡大するにつれて増加する。特に、マグネットの入射アパチャ164に最も近い断面を表す図4aで示すように、中央通路160の高さが最も小さい。出射アパチャ166に最も近い断面を表す図4cに示すように、中央通路の高さが最も大きく、図4a、4c間の断面を表す図4bに示すように、その高さは他の2つの中間である。その結果、ビームは磁場が発生する体積の大きな分率を占め、使用されない磁場の発生における電力の無駄がより少ない。   The analysis magnet of FIG. 3 has a central passage for a beam having an upper portion and a lower portion that are parallel from the incident aperture 164 to the outgoing aperture 166. Therefore, the magnet cross section taken along the line A-A 'in FIG. 3 is the same at any point along the radius of curvature of the magnet. However, the ion beam is branched. In the second embodiment, the magnet configuration is changed as shown in the three cross-sectional views of FIGS. 4a, 4b, and 4c, and the height of the beam path through the magnet increases as the beam expands. In particular, the height of the central passage 160 is the smallest, as shown in FIG. 4a, which represents the cross section closest to the incident aperture 164 of the magnet. As shown in FIG. 4c, which represents the cross section closest to the exit aperture 166, the height of the central passage is the largest, and as shown in FIG. 4b, which represents the cross section between FIGS. It is. As a result, the beam occupies a large fraction of the volume in which the magnetic field is generated, and less power is wasted in generating the unused magnetic field.

質量分析マグネット414の好適な実施例は、図6および11の斜視図に、図4aから図4cの断面図に示されている。マグネットは強磁性物質の弓形ヨーク110、上部下部コイル120および121を含む。ヨークおよびコイルは0.25と2メートルの範囲の曲率半径で、範囲が約45度以上約110度未満の曲率の弧で曲線を描くイオンビームの経路を取り囲む。ヨークは一般的に、意図するビーム経路の上下に同じ距離で位置する上部と下部、および意図するビーム経路を取り囲む空間体積を包含する垂直側を有する長方形の断面をしている。コイル120および121は鞍形(寝台架形とも呼ばれる)をしており、中間平面の相互鏡像である。イオンビームを湾曲させるのに必要な磁場はこれら2つのコイルを通過する電流によって発生する。磁場の方向は一般に垂直であり、磁力線は内面に垂直なヨークの上部および下部の部分で終わる。   A preferred embodiment of the mass spectrometry magnet 414 is shown in the perspective view of FIGS. 6 and 11 and in the cross-sectional views of FIGS. 4a to 4c. The magnet includes an arcuate yoke 110 of ferromagnetic material and upper and lower coils 120 and 121. The yoke and coil have a radius of curvature in the range of 0.25 and 2 meters and surround the ion beam path that is curved with an arc of curvature in the range of about 45 degrees to less than about 110 degrees. The yoke generally has a rectangular cross section with an upper and lower portion located at the same distance above and below the intended beam path and a vertical side that encompasses the spatial volume surrounding the intended beam path. Coils 120 and 121 have a saddle shape (also called a bed frame shape), which is a mirror image of an intermediate plane. The magnetic field required to curve the ion beam is generated by the current passing through these two coils. The direction of the magnetic field is generally perpendicular and the field lines end at the upper and lower portions of the yoke perpendicular to the inner surface.

コイル120および121はそれぞれ、3次元経路に続く長方形の断面の包絡線を満たすように巻かれる導電ワイヤーの1巻きまたは複数巻きを含む。図11に詳細に示すように、上部コイル120の経路は以下の多極セグメントを含む。
1)ヨーク310の入口で意図するビーム軸の右に始まり、意図するビーム軸にほぼ平行にヨークの出口まで弓形の経路をとり、ヨークの側壁と意図するビーム経路の間を通過する、セグメント120a
2)上向きに約90度湾曲するセグメント120b
3)ヨークの出口に近くビーム経路の上部を越えて約180度左に円弧をなすセグメント120c(このセグメントは任意選択的に2つの弧状セグメントと1つの直線部分に再分割できる)
4)ヨーク出口に向かって約90度湾曲する120d
5)ヨーク出口から始まり、ヨークの入口まで、ビームの意図する道程の反対方向に、ヨークの側壁と意図するビーム経路間を通過する、意図するビーム軸にほぼ平行な弓状経路をとるセグメント120e
6)上向きに約90度湾曲するセグメント120f
7)ヨークの入口に近くビーム経路の上部を越えて約180度の右に円弧をなすセグメント120g(このセグメントは任意選択的に2つの弧状セグメントと1つの直線部分に再分割できる)
8)ヨークの入口に向かって90度湾曲し、回路を完成させるように、コイル包絡線の経路の始点で連結しているセグメント102h。
従って、下部コイルは上部コイルの鏡像である。
Coils 120 and 121 each include one or more turns of conductive wire that is wound to fill a rectangular cross-sectional envelope following the three-dimensional path. As shown in detail in FIG. 11, the path of the upper coil 120 includes the following multipole segments.
1) A segment 120a that begins to the right of the intended beam axis at the entrance of the yoke 310, takes an arcuate path approximately parallel to the intended beam axis to the exit of the yoke and passes between the side wall of the yoke and the intended beam path.
2) A segment 120b that curves upward about 90 degrees.
3) A segment 120c arcing approximately 180 degrees to the left near the exit of the yoke and beyond the top of the beam path (this segment can optionally be subdivided into two arc segments and one straight section)
4) 120d curved about 90 degrees toward the yoke exit
5) A segment 120e that takes an arcuate path approximately parallel to the intended beam axis that passes between the side wall of the yoke and the intended beam path in the opposite direction of the intended path of the beam, starting from the yoke exit to the entrance of the yoke.
6) A segment 120f that curves upward about 90 degrees.
7) A segment 120g arcing approximately 180 degrees to the right near the entrance to the yoke and beyond the top of the beam path (this segment can optionally be subdivided into two arc segments and one straight section)
8) A segment 102h that curves 90 degrees toward the entrance of the yoke and connects at the start of the coil envelope path to complete the circuit.
Thus, the lower coil is a mirror image of the upper coil.

このように、一対の鞍形コイルは、
(i)配列において他の環状コイルの2つの丸みのある傾斜端部に対して湾曲方向と対向する1つの環状のコイルの2つの丸みのある傾斜端部に湾曲方向を与え、
(ii)2つのコイルのそれぞれに閉ループの空洞体積を経由して中央開空間チャネルを与え、前記中央開空間チャネルが、前記傾斜ループ端のそれぞれから配列の直線寸法距離を越えて他の端部に伸び、
(iii)前記弓形ヨーク構成の2つの対向する壁の内面に沿って前記内部空間領域内に配置してあり、1対の配置された丸みのある傾斜ループ端が前記弓形ヨーク構成の2つの開端部のそれぞれから身長して隣接し、
(iv)前記曲線状の中央軸および、ビームが前記弓形ヨーク構成の前記内部空間内に位置する前記2つのループ状コイル間に存在する隙間空間内を進行するにつれ、連続するリボンイオンビームの意図する弧状の経路、とを限定する境界としての役割をする。
Thus, the pair of saddle coils is
(I) imparting a bending direction to the two rounded inclined ends of one annular coil facing the bending direction with respect to the two rounded inclined ends of the other annular coils in the array;
(Ii) providing each of the two coils with a central open space channel via a closed loop cavity volume, wherein the central open space channel extends from each of the inclined loop ends to the other end beyond the linear dimension distance of the array; Stretched to
(Iii) a pair of arranged rounded inclined loop ends disposed within the interior space region along the inner surfaces of two opposing walls of the arcuate yoke configuration, the two open ends of the arcuate yoke configuration From each of the clubs
(Iv) the intent of the continuous ribbon ion beam as it travels in the curvilinear central axis and in the interstitial space existing between the two looped coils located in the internal space of the arcuate yoke configuration. It acts as a boundary that limits the arcuate path.

このように説明された経路に沿って長方形の包絡線は経路に沿って予め決められた導体の巻き数で巻くことにより満たされる。形成されたコイルは剛体を形成するために任意選択的に樹脂に浸漬することができる。下部のコイルは上部のコイルと同様に形成される。両方のコイルは1つの電流源または、各コイルに対し1つで2つの電流源に直列に接続され、使用できる。意図するビーム経路の弓形部分は上部および下部コイルセグメントによって左右が、ヨークの鉄部分の上部と底部位置で包含される。コイルを通って電流が通過する効果は、コイルおよびヨークの上部と底部で境界づけられた囲まれた体積内で実質的に均一な垂直に配向した磁場を発生させ、磁場がヨークからゼロ近辺値までの距離と共に急激に低下する入口および出口での領域を提供することである。磁場は全体として、リボン状イオンビームを、意図する経路に沿ってアパチャを通って汚染を除去しながら、偏向するのに効果的である。マグネット214の中央平面および非分散面はイオン源から分散面に垂直なターゲットまで伸びる。   A rectangular envelope along the path thus described is filled by winding a predetermined number of conductor turns along the path. The formed coil can optionally be immersed in a resin to form a rigid body. The lower coil is formed in the same manner as the upper coil. Both coils can be used in series with one current source or two current sources, one for each coil. The arcuate portion of the intended beam path is encompassed at the top and bottom positions of the iron portion of the yoke by the upper and lower coil segments. The effect of current passing through the coil is to generate a substantially uniform vertically oriented magnetic field within the enclosed volume bounded by the top and bottom of the coil and yoke, where the magnetic field is near zero from the yoke. To provide a region at the inlet and outlet that rapidly decreases with distance. The magnetic field as a whole is effective in deflecting the ribbon-like ion beam while removing contamination through the aperture along the intended path. The central plane and non-dispersing surface of the magnet 214 extend from the ion source to a target perpendicular to the dispersing surface.

コリメータレンズ200の好適な実施例を図12に示すが、それは2004年3月24日に出願された米国特許出願番号第10/807,770号、現在、米国特許出願公開第2005/0017202号「連続するイオンビームの電流均一性の調整と制御のための電磁調整器アセンブリ」の第7図から改作したものである。この出願を全体として本明細書に援用する。図12に示すように、コリメータレンズ200は2つの強磁性体棒1120および1220を含み、それぞれが制御を意図した走行イオンビームのX軸寸法より直線距離で幾分長い寸法で、平行に、互いに予め選択された隙間距離1144で位置するように配向されている。各強磁性体棒1120および1220は直線の指示棒としての役割をするが、棒の周りに複数の個々のワイヤコイル1122および1222が予め決められた数で異なる位置で直角に巻かれ、独立し分離し隣接して位置するコイル巻きの軸方向に配列された連続体を全体として作り出している。   A preferred embodiment of a collimator lens 200 is shown in FIG. 12, which is filed on March 24, 2004, US patent application Ser. No. 10 / 807,770, currently US Patent Application Publication No. 2005/0017202, “ FIG. 7 is a modification of FIG. 7 of “Electromagnetic Regulator Assembly for Adjustment and Control of Current Uniformity of Continuous Ion Beams”. This application is incorporated herein in its entirety. As shown in FIG. 12, the collimator lens 200 includes two ferromagnetic rods 1120 and 1220, each of which is somewhat longer in linear distance than the X-axis dimension of the traveling ion beam intended for control, in parallel with each other. Oriented to be located at a preselected gap distance 1144. Each ferromagnetic rod 1120 and 1220 serves as a linear indicator rod, but a plurality of individual wire coils 1122 and 1222 are wound at right angles at different positions in a predetermined number around the rod and independently. A continuous body arranged in the axial direction of coil windings separated and adjacent to each other is created as a whole.

コリメータレンズの構成部分は指示棒1120および1220の固定長に沿って直角に配置された各々独立に隣接して位置を合わせたワイヤコイル1122および1222を通して可変電流(アンペア)の電気エネルギーを供給するために要求に応じる手段(図示せず)である。適当な電流の電気エネルギーの流れが与えられると、各々隣接配置され電圧を加えられたワイヤコイル1122および1222は独立に直交して拡張する、限定された幅の調整可能な傾斜磁場を発生させ、複数の限定された幅の隣接して拡張する傾斜磁場が共同的に合体して隣接磁場を形成し、隣接磁場内の限定された幅の各々の磁場の強度は、電流を変化させることにより個別に自由に変更でき、隣接磁場に渡って調整可能かつ制御可能な傾斜磁場を作る。   The collimator lens components provide variable current (amperes) of electrical energy through independently adjacent aligned wire coils 1122 and 1222 disposed at right angles along the fixed length of the indicator rods 1120 and 1220. Means for responding to the request (not shown). Given an appropriate current flow of electrical energy, each adjacently placed and energized wire coil 1122 and 1222 generates an adjustable gradient field of limited width that extends independently orthogonally; A plurality of limited width adjacent and expanding gradient fields jointly combine to form an adjacent magnetic field, and the strength of each of the limited width magnetic fields within the adjacent magnetic field can be individually varied by changing the current. The gradient field can be adjusted freely and can be adjusted over the adjacent magnetic field.

特に、略称770出願の図2および3に示すように、並びに下記の図6および7に関連して説明するように、巻き線1122および1222はイオンビームの形状および/または均一性を変更するように選択的に励起できる。従って、イオンビームの電流蜜度プロフィールは、以下のどれか1つのプロフィールに近いビームプロフィールを母材の位置で作り出すように変更できる。
1)母材の寸法を超えて伸長する一様なプロフィール
2)ガウス形または他の所望のプロフィール
3)母材の寸法を超えて伸びる直線的に変わるプロフィール
4)イオンビームプロセスに有用ないかなる他の予め決められたビームプロフィール
さらに、半値幅のような測定値が意味を持つガウス形ビームプロフィールおよび他のプロフィールの場合には、ビームプロフィールの半値幅を制御できる。
In particular, as shown in FIGS. 2 and 3 of the abbreviation 770 application, and as described in connection with FIGS. 6 and 7 below, windings 1122 and 1222 are intended to alter the shape and / or uniformity of the ion beam. Can be selectively excited. Therefore, the current honeyness profile of the ion beam can be modified to produce a beam profile at the base material that is close to any one of the following profiles:
1) A uniform profile that extends beyond the dimensions of the matrix 2) A Gaussian or other desired profile 3) A linearly varying profile that extends beyond the dimensions of the matrix 4) Any other useful for the ion beam process Furthermore, in the case of Gaussian beam profiles and other profiles where measurements such as half width are significant, the half width of the beam profile can be controlled.

図5aに示すように本発明の好適な実施例において、イオン注入システムは、イオン源410、引き出し光学412、分析マグネット414、焦点システム430、制御器440、ターゲット室450およびウエハー搬送システム475を含む。イオン注入システムはまた不要なイオンを吸収するビームダンプ505、およびターゲット室450内にあるファラディビームプロフィール測定システム420をも含む。   In a preferred embodiment of the present invention as shown in FIG. 5a, the ion implantation system includes an ion source 410, extraction optics 412, an analysis magnet 414, a focusing system 430, a controller 440, a target chamber 450 and a wafer transfer system 475. . The ion implantation system also includes a beam dump 505 that absorbs unwanted ions, and a Faraday beam profile measurement system 420 located in the target chamber 450.

イオン源410はベルナス(Bernas)タイプのイオン源が好ましく、引き出し光学は僅かに凸状である。質量分析マグネットは上記の段落[0022]〜[0025]で詳細に説明した図3のシステムと同じものが好ましい。さらに焦点システム430は第一組の多極マグネット402のおよび第二組の多極マグネット404を含む。多極マグネットの各組は図3のシステムのコリメータレンズ200のものと類似の構成を有する。そのような多極マグネット構成は、上記の段落[0026]〜[0028]および上記引用した米国特許出願第10/807,770号によりさらに詳細に記載されている。焦点システムの操作は下記の段落[0035]〜[0039]に記載されている。ターゲット室450(図5a)は静電気チャック471および2方向にのせて動く輸送台も含む。図5aでは、これらの方向は典型的には中央平面に対して上下(すなわち紙面の内外)および非分散面の左右(すなわち紙面の上下)である。ウエハー搬送システム475はさらに荷重ロック474aおよび474b、イオン注入するためウエハーを荷重ロックから搬送機構へ、そして注入したウエハーを搬送機構から荷重ロックへ移動するロボットアーム475を含む。   The ion source 410 is preferably a Bernas type ion source, and the extraction optics is slightly convex. The mass spectrometry magnet is preferably the same as the system of FIG. 3 described in detail in the paragraphs [0022] to [0025] above. The focus system 430 further includes a first set of multipole magnets 402 and a second set of multipole magnets 404. Each set of multipole magnets has a configuration similar to that of the collimator lens 200 of the system of FIG. Such multipole magnet configurations are described in further detail in paragraphs [0026]-[0028] above and in the above-cited US patent application Ser. No. 10 / 807,770. The operation of the focusing system is described in paragraphs [0035] to [0039] below. The target chamber 450 (FIG. 5a) also includes an electrostatic chuck 471 and a transport platform that moves in two directions. In FIG. 5a, these directions are typically up and down with respect to the central plane (ie inside and outside the page) and left and right with respect to the non-dispersing side (ie up and down the page). Wafer transfer system 475 further includes load locks 474a and 474b and a robot arm 475 that moves the wafer from the load lock to the transfer mechanism for ion implantation and the transferred wafer from the transfer mechanism to the load lock.

母材に対し好適な機械的2次元走査システムのさらなる詳細は、本明細書に全体として援用している米国特許出願公開番号第US2005/0173656 A1の図10から改作した図8に示されている。母材460用の静電気チャック471はアーム472上に取り付けられ、そのアームは、この例では母材の中心から900mm、ビーム軸501に平行の位置にある水平軸490の周りに旋回する。イオンビーム経路の一方の側にチャックを位置させるため回転したアームで、回転の第二の軸はチャックを水平位置に旋回させ、ロボットアーム475aが母材を荷重部分474aまたは474bからチャックに着脱させる。ひとたび母材がチャックにのせられると、チャックは、母材表面の法線が予め決められた角度でビーム軸501(通常0度)になるまで水平軸490の周りに回転する。   Further details of a suitable mechanical two-dimensional scanning system for the matrix are shown in FIG. 8, adapted from FIG. 10 of US Patent Application Publication No. US2005 / 0173656 A1, which is incorporated herein in its entirety. . The electrostatic chuck 471 for the base material 460 is mounted on an arm 472, and the arm pivots around a horizontal axis 490, which is 900 mm from the center of the base material and parallel to the beam axis 501 in this example. The arm rotated to position the chuck on one side of the ion beam path, the second axis of rotation pivots the chuck to a horizontal position, and the robot arm 475a attaches or detaches the base material from the load portion 474a or 474b. . Once the base material is placed on the chuck, the chuck rotates about the horizontal axis 490 until the normal of the base material surface is at a predetermined angle to the beam axis 501 (usually 0 degrees).

リボンビームが用いられる場合、アームの高さはリニアモーター(図示せず)によってスライディングシール480に沿って機構を滑らせることにより調整され、母材の軌跡がビーム上に集められ、その点でアームは軸490の周りを制御された速度で回転させることができ、必要に応じて前後に母材を、リボンビームを通して通過させ母材に所望のイオン注入量を注入する。   When a ribbon beam is used, the height of the arm is adjusted by sliding the mechanism along a sliding seal 480 by a linear motor (not shown), and the trace of the base material is collected on the beam, at which point the arm Can be rotated around the axis 490 at a controlled speed, passing the base material back and forth as needed through the ribbon beam and implanting the desired ion implant into the base material.

2次元走査で注入を実行するには、アームはスライディングシール480上をその移動の底まで動かされ、その高さは、母材に均一な注入量を注入するために、ビームを通って(この場合、ビームは母材より小さい点に焦点を合わせて)母材を湾曲したジグザグ模様に通過させるためにあちこちとアームを旋回するにつれて、順次増加させる。   To perform injection in a two-dimensional scan, the arm is moved over the sliding seal 480 to the bottom of its movement, and its height passes through the beam (this is to inject a uniform injection volume into the matrix). (If the beam is focused on a point smaller than the base material), the beam is gradually increased as the arm is swung around to pass the base material into a curved zigzag pattern.

図5aのシステムを操作する場合、ベルナスタイプイオン源410を使用して幅よりずっと高いイオンビーム400をつくる。1組の引き出し光学412が用いられ、第一電極上に相対的に負の電位を加えてビームを引き出す。発生したビームはマグネット414の非分散面に関して僅かに分岐した光経路を有する。その結果、非分散面内に位置するより長い寸法を有する長方形の断面のリボン状ビームがつくられる。そのイオンビームは適切な電荷と質量の比に対する所望のイオンを選択する質量分析マグネット414方向に向けられる。その後所望のイオンは、ファラディビームプロフィール測定システム420からのフィードバックを経由して開または閉ループ操作のどちらかで制御される第一組の多極マグネット402を横断する。第一組の多極マグネット402はファラディビームプロフィール測定システム420によってビームプロフィールの測定に応じて操作され、高さ当たりの全イオン注入量率の量が使用点すなわちターゲットウエハー460で均一になるのを保証するようにビームの大きさおよび電流密度プロフィールを制御する。これを行うために、第一組の多極マグネットのコイルが傾斜場の重ね合わされた制御可能な領域を有する4極場全体を作り出す。イオンビームが第一組の多極マグネット402を通過後、ビーム経路に沿って第二組の多極マグネット404まで続く。第二組の多極マグネットのコイルはまた、以下説明するように分析マグネット414の非分散面内にイオンビームの平行に適する4極場を発生させるためにも使用でき、それによってイオンビームの発散または収束を相殺できる。第二組のマグネットのコイルはさらに傾斜場の制御可能な領域を重ね合わせるために用いることができ、第一組の多極マグネット402により発生した変動を含む、ビーム内の角度変動を減少させる。所望のイオンがこのレンズの極間の選択された隙間を通過し、所望のイオンだけがターゲット室450に届くように、適切な材料からなるビームダンプ505が散在したビームイオンの全ての他の経路を妨害する。ターゲット460は、ターゲットの均一な注入範囲を提供するためにビームに垂直で紙面内の方向に機械的に走査され得る。   When operating the system of FIG. 5a, a Bernas type ion source 410 is used to create an ion beam 400 that is much higher than the width. A set of extraction optics 412 is used to apply a relatively negative potential on the first electrode to extract the beam. The generated beam has a light path that is slightly branched with respect to the non-dispersed surface of the magnet 414. The result is a ribbon-like beam with a rectangular cross section with longer dimensions located in the non-dispersed plane. The ion beam is directed toward a mass analysis magnet 414 that selects the desired ions for the appropriate charge to mass ratio. The desired ions then traverse a first set of multipole magnets 402 that are controlled either via open or closed loop operation via feedback from the Faraday beam profile measurement system 420. The first set of multipole magnets 402 is operated in response to beam profile measurements by the Faraday beam profile measurement system 420 to ensure that the amount of total ion implantation rate per height is uniform at the point of use or target wafer 460. Control beam size and current density profile to ensure. To do this, a coil of a first set of multipole magnets creates an entire quadrupole field with controllable regions superimposed on the gradient field. After the ion beam passes through the first set of multipole magnets 402, it continues along the beam path to the second set of multipole magnets 404. The coils of the second set of multipole magnets can also be used to generate a quadrupole field suitable for the parallel of the ion beam in the non-dispersed plane of the analysis magnet 414, as will be described below, thereby diverging the ion beam. Or convergence can be offset. The coils of the second set of magnets can be further used to overlay controllable regions of the tilt field, reducing angular variations in the beam, including variations generated by the first set of multipole magnets 402. All other paths of beam ions interspersed with beam dumps 505 of appropriate material so that the desired ions pass through selected gaps between the poles of this lens and only the desired ions reach target chamber 450. Disturb. The target 460 can be mechanically scanned in a direction perpendicular to the beam and in-plane to provide a uniform implantation range of the target.

図5aおよび5bのイオン注入システムは図6および7に示した2つの様式で操作することができる。図6および7は、本発明のこの態様の理解を容易にするため、極めて単純化された形で図5aおよび5bのシステムを示している。特に、質量分析マグネット414、第一組と第二組の多極マグネット402、404を有する焦点システム430、制御器440およびターゲット460のみを示している。   The ion implantation system of FIGS. 5a and 5b can be operated in the two manners shown in FIGS. 6 and 7 show the system of FIGS. 5a and 5b in a highly simplified form to facilitate understanding of this aspect of the invention. In particular, only the mass spectrometry magnet 414, the focus system 430, the controller 440 and the target 460 with the first and second sets of multipole magnets 402, 404 are shown.

図6に示された操作の第一の様式において、イオンビームはその主寸法が母材の寸法を超えるリボン状ビームとして続くことができる。従って、焦点レンズ430は、イオンビームがターゲット460より大きくなるまで拡大できるように第一の様式で操作される。第二組の多極マグネット404のコイル中の電流はイオンビームプロフィールの測定に応じて制御され、このビームプロフィール中の電流密度をコントロールする。特に、その電流はイオンビームを平行にするために用いられ、ビーム内のイオンは、ビームが室450内のターゲット460に向けられるにつれて実質的に平行となる。母材は単一経路に沿ってこのイオンビームを通って、1回またはそれ以上移動し、その表面に所望の均一なイオン注入量を注入する。例示的に、母材は図6の矢印で示すように、ビームを通って単純に横方向に動くことができる。しかしながら、図5aおよび5bに示す実施例において、弓形の経路を移動するが、これにはビーム内の電流密度がターゲット母材の局所走査速度に比例し、その速度はアームの旋回軸からの距離に比例するようにビームの均一性が制御されることが必要である。   In the first mode of operation shown in FIG. 6, the ion beam can continue as a ribbon-like beam whose major dimensions exceed the dimensions of the matrix. Accordingly, the focus lens 430 is operated in a first manner so that the ion beam can be expanded until it is larger than the target 460. The current in the coil of the second set of multi-pole magnets 404 is controlled in response to the measurement of the ion beam profile and controls the current density in this beam profile. In particular, the current is used to collimate the ion beam, and the ions in the beam become substantially parallel as the beam is directed to the target 460 in the chamber 450. The matrix is moved one or more times through the ion beam along a single path to implant the desired uniform ion implant volume on the surface. Illustratively, the matrix can simply move laterally through the beam, as shown by the arrows in FIG. However, in the embodiment shown in FIGS. 5a and 5b, it travels an arcuate path, where the current density in the beam is proportional to the local scan speed of the target matrix, which is the distance from the pivot axis of the arm. The beam uniformity needs to be controlled to be proportional to

このようなリボンビームでの注入操作はイオン注入操作において高処理能力を与える一方、例えば現代の集積回路の製造に必要な高電流かつ極小エネルギーでのイオンビームの十分な均一性を確保するのは不可能とはいえないまでも非常に困難である。特に、電流が1mAより大きく、イオンエネルギーが約3keVより小さい場合、空間・電荷中和を確立するように注意を払っても、空間電荷効果によってイオンビームに大きな錯乱が起こり、半導体ウエハーのイオン注入に必要な均一性を有するリボンビームを保証することは不可能である。   While such ribbon beam implantation operations provide high throughput in ion implantation operations, for example, ensuring sufficient ion beam uniformity at the high current and minimal energy required for the manufacture of modern integrated circuits is important. It is very difficult if not impossible. In particular, when the current is larger than 1 mA and the ion energy is smaller than about 3 keV, even if care is taken to establish space / charge neutralization, the space beam effect causes large confusion in the ion beam, and semiconductor wafer ion implantation It is impossible to guarantee a ribbon beam having the required uniformity.

この状況において、イオンビームを注入ターゲットより小さな断面のビーム701に焦点を合わせるように、焦点レンズシステム430は図7に例示する第二の様式で、操作される。より具体的には、第二の様式において、第一組の多極マグネット402のコイル中の電流を励起し、リボンイオンビームをその主寸法に収束させる4極磁場を発生させ、それによってターゲット母材460のどちらかの寸法よりも両方の横断寸法が小さいビーム点が下流位置に発生する。ここでも、多極マグネット404の第二の様式はイオンビームの角度変動の範囲を減少するために用いられる。操作の第二の様式において、母材はその表面にイオンの均一な注入量を注入するように、イオンビームを通って2次元に往復経路で移動する。例示的には、ターゲットは中央平面を基準に上下に、非分散面を横切って左右に走査し、減少された寸法の全半導体ウエハーターゲットに照射されることを保証する。   In this situation, the focus lens system 430 is operated in the second manner illustrated in FIG. 7 to focus the ion beam on a beam 701 having a smaller cross section than the implantation target. More specifically, in the second mode, a current in the coils of the first set of multipole magnets 402 is excited to generate a quadrupole magnetic field that converges the ribbon ion beam to its main dimensions, thereby causing the target mother A beam point is generated at a downstream location where both transverse dimensions are smaller than either dimension of the material 460. Again, the second style of multipole magnet 404 is used to reduce the range of ion beam angular variation. In the second mode of operation, the matrix moves in a two-dimensional reciprocating path through the ion beam so as to inject a uniform dose of ions on its surface. Illustratively, the target scans up and down with respect to the central plane and across the non-dispersed surface to the left and right to ensure that all semiconductor wafer targets of reduced size are illuminated.

有利なことに、多極レンズの操作の2つの様式は、システム制御器440の制御下でマグネット402および404の組の個々のコイルに異なる電流を与えることによって達成される。同時に制御器はまた、1次元または2次元走査を提供するように移動台の操作を制御する。   Advantageously, two modes of operation of the multipole lens are achieved by applying different currents to the individual coils of the set of magnets 402 and 404 under the control of the system controller 440. At the same time, the controller also controls the operation of the moving platform to provide one-dimensional or two-dimensional scanning.

本発明の好適な実施例では、図5aに示すように、分析マグネットの後で別にイオンビーム経路501および502を用いる。そのような経路によって、焦点システム430どちらかの操作の様式で、イオン注入用のより低いエネルギーでより高いビーム電流の供給が容易になる。分析マグネットは調節されて、イオンビームをその初期の軸501から5度追加して軸502に偏向させ、S湾曲を組み込んで軸501に再び合わせることが見られる。この軸に沿って通過する進路において、イオンビームは、初期エネルギーの3%〜20%の範囲程度に予め決められたエネルギーに減速される。この変化をもたらすには、第一組の多極マグネット402を矢印403で示すような軌道上で動かしてこの修正されたビーム軸502の中心に位置させて、イオンビームが第二組の多極マグネット404を通過するところで第二のビームチャネルが与えられ、そこで磁場の方向がその方向から軸501に都合よく逆転される。適切な第二のビーム経路を提供する他の方法やこの方法の変化も描かれる。   In the preferred embodiment of the present invention, separate ion beam paths 501 and 502 are used after the analysis magnet, as shown in FIG. 5a. Such a path facilitates the delivery of a higher beam current with lower energy for ion implantation in either mode of operation of the focusing system 430. It can be seen that the analysis magnet is adjusted to deflect the ion beam 5 degrees from its initial axis 501 to deflect it to the axis 502 and incorporate the S-curve to realign with the axis 501. In the path passing along this axis, the ion beam is decelerated to a predetermined energy in the range of 3% to 20% of the initial energy. To effect this change, the first set of multipole magnets 402 is moved in orbit as indicated by arrow 403 to be centered on the modified beam axis 502 so that the ion beam is in the second set of multipoles. A second beam channel is provided as it passes through the magnet 404, where the direction of the magnetic field is conveniently reversed from that direction to the axis 501. Other methods of providing an appropriate second beam path and variations of this method are also depicted.

これらの焦点デバイスを通過した後、図9により詳細に示すように、ビームは減速される前に加速電場の短い領域を通過する。図9のイオンビーム経路901および902は図5aのイオンビーム経路501および502に対応する。第一組の電極910が初期エネルギーを規定し、第二組の電極911a〜cは電子を抑制するためのより大きい負の電圧で、第三組の電極912a、912bは中間の正の電位で、第四組の電極913は最終電位である。例示的に、図9においてホウ素イオンの10mAビームは最初4keVで移動する。抑制電位は約―3keVで電極510と513の間の電位差は3800Vである。   After passing through these focus devices, the beam passes through a short region of the accelerating electric field before being decelerated, as shown in more detail in FIG. The ion beam paths 901 and 902 in FIG. 9 correspond to the ion beam paths 501 and 502 in FIG. 5a. The first set of electrodes 910 defines the initial energy, the second set of electrodes 911a-c is a larger negative voltage for suppressing electrons, and the third set of electrodes 912a, 912b are at an intermediate positive potential. The fourth set of electrodes 913 is at the final potential. Illustratively, in FIG. 9, a 10 mA beam of boron ions initially moves at 4 keV. The suppression potential is about −3 keV and the potential difference between the electrodes 510 and 513 is 3800V.

電極911a〜cにおける負の抑制電位の機能は、イオンビーム内の電子がイオン減速領域の中で加速されるのを妨げるということであり、これは公知のことである。抑制領域に続いて、正のバイアス電極912aがイオンビームの片側に設置される。その電極は偏向場を発生させビーム軸上の電位を上昇させる2つの機能をもち、それにより部分的にビームが減速する。ビームは約20度、左に偏向された後、電極910rにより形成された規制アパチャを通過する。ビームが偏向される量は電極911aおよび911bの抑制電位を変更することで調整かつ制御できる。このアパチャ通過後、ビームは大幅に減速される一方、右に偏向されて初期ビーム経路に融合される。最終のビームエネルギーはイオン源と注入ターゲットの間の電位により規定される。最終電極913は注入ターゲットの電位にあるが、しかし、減速ならびに偏向場を生じるように形作られている。電極913mは矢印で示すように可動であり、その位置の調整は初期のビーム軸901と正確に融合するためにイオンビームの調整において有用であるが、初期エネルギーのはるかに少数である。減速構造に達するイオンビーム内の中性原子は偏向されずに中性ビームダンプ内に収集される。このS湾曲構造を通過しながら電荷交換を受けるイオンもまたほとんどビームを抜けていくであろう。図9の構造を出る際に、ウエハーに達することができるであろう方法でイオンを電荷交換できるほんの短い小さい領域が存在する。   The function of the negative suppression potential at the electrodes 911a-c is to prevent the electrons in the ion beam from being accelerated in the ion deceleration region, which is well known. Following the suppression region, a positive bias electrode 912a is placed on one side of the ion beam. The electrode has the dual function of generating a deflection field and raising the potential on the beam axis, thereby partially decelerating the beam. The beam is deflected about 20 degrees to the left and then passes through a regulation aperture formed by electrode 910r. The amount by which the beam is deflected can be adjusted and controlled by changing the suppression potential of the electrodes 911a and 911b. After passing through this aperture, the beam is greatly decelerated while being deflected to the right and merged into the initial beam path. The final beam energy is defined by the potential between the ion source and the implantation target. The final electrode 913 is at the potential of the implantation target, but is shaped to produce a deceleration as well as a deflection field. The electrode 913m is movable as indicated by the arrows, and its position adjustment is useful in ion beam adjustment to accurately fuse with the initial beam axis 901, but with much less initial energy. Neutral atoms in the ion beam that reach the deceleration structure are collected in the neutral beam dump without being deflected. Ions that undergo charge exchange while passing through this S-curved structure will also almost exit the beam. Upon exiting the structure of FIG. 9, there is only a short small area where ions can be charge exchanged in a way that could reach the wafer.

実験的に、a)200〜500eVイオンビーム内のエネルギー汚染水準は0.05%未満であろう、b)このビーム内に存在する最大のエネルギーは、たとえビームが最終エネルギーの10〜20倍のエネルギーから減速されたものであっても最終エネルギーの2倍を超えない、c)ほとんど純粋な低エネルギービームのビーム電流は他のタイプの注入装置で現在得られるものより何倍も大きいことが判明した。   Experimentally, a) the energy contamination level in a 200-500 eV ion beam will be less than 0.05%, b) the maximum energy present in this beam is 10-20 times the final energy of the beam Even when decelerated from energy, it does not exceed twice the final energy, c) The beam current of an almost pure low energy beam turns out to be many times greater than what is currently available with other types of implanters did.

ビームラインの第二の様式において減速されるこのS湾曲の使用は、2次元走査を均一な注入量を得るために用いることができ、それと同時にリボンビームの均一性の正確な制御がもはや必要でないことを意味する。   The use of this S-curve, which is slowed down in the second mode of the beamline, allows a two-dimensional scan to be used to obtain a uniform implant dose, while at the same time precise control of ribbon beam uniformity is no longer necessary. Means that.

本発明の他の実施例において、イオンビームを平行または集中するために焦点システム430における磁気レンズの代わりに静電気レンズを用いる。そのようなレンズの例を、本明細書に援用する米国特許公開2004/0262542 A2号の図2から改作して図10に示す。第一対の電極1061と1062が第一の電圧ギャップを確立し、第二対の電極1063と1064が第二の電圧ギャップを確立する。電極におけるスロット形の開口によって、イオンビーム1048が通過できる。略称542特許の段落[0021]および[0022]においてより十分に説明されるように、電極により作られた電場の作用によってレンズに進入してくるイオンを軸1048とほぼ平行な軌跡でレンズから出すことになる。   In another embodiment of the invention, an electrostatic lens is used instead of a magnetic lens in the focusing system 430 to collimate or focus the ion beam. An example of such a lens is shown in FIG. 10, adapted from FIG. 2 of US Patent Publication No. 2004/0262542 A2, which is incorporated herein. The first pair of electrodes 1061 and 1062 establish a first voltage gap, and the second pair of electrodes 1063 and 1064 establish a second voltage gap. A slot shaped aperture in the electrode allows the ion beam 1048 to pass. As described more fully in paragraphs [0021] and [0022] of the abbreviation 542 patent, ions entering the lens by the action of the electric field created by the electrodes exit the lens with a trajectory substantially parallel to axis 1048. It will be.

本発明のイオン注入システムは従来技術のイオン注入システムよりも顕著な優位性を有する。直列様式の注入は処理能力の考慮および機械破損時の製品損失のリスク軽減の理由でバッチ様式よりも好ましい。直列イオン注入システムはまた、非常により単純かつ低価なウエハー搬送システムを有するので開発、製造および運転コストがバッチ様式システムよりも低い。本発明のシステム設計および配置を実施することで、装置供給業者は、信頼でき競争力のあるプロセス制御能力を持つ注入応用の直列装置の挑戦をたすことができる。さらに本発明が今教示する新規の配置は、顕著な成功を成しえなければならないが、他の直列式高電流法と比較して相対的にわずかな部品しか必要としない。最近、バッチ様式の装置が高電流注入機ニッチに入ってきているが、本発明は半導体産業、特に低エネルギーおよび300mm適用に対し、すばらしい製品を提供する。   The ion implantation system of the present invention has significant advantages over prior art ion implantation systems. Inline mode injection is preferred over batch mode because of throughput considerations and reduced risk of product loss in the event of machine failure. The serial ion implantation system also has a much simpler and less expensive wafer transfer system, so the development, manufacturing and operating costs are lower than the batch mode system. By implementing the system design and arrangement of the present invention, equipment suppliers can challenge the serial equipment for injection applications with reliable and competitive process control capabilities. Furthermore, the novel arrangement now taught by the present invention must be able to achieve significant success, but requires relatively few parts compared to other series high current methods. Recently, batch-type devices have entered the high current injector niche, but the present invention provides a great product for the semiconductor industry, especially for low energy and 300 mm applications.

イオン注入に加えて、本発明のプロセスおよび装置は膜塗工または他のタイプの表面加工用途の実施に使用できる。小さな分岐角を有する分岐ビームとしてビームが照射されるので、高度に均一なビーム密度は、拡大したビームがターゲット表面に到達するとき、より高レベルの均一性を達成するために注入用または粒子蒸着用に提供される。その結果、本発明は、表面に光学フィルター塗膜形成のための蒸着または、ガラス、金属または幅広い種類の材料上に異なるタイプの表面加工機能ための応用がある。   In addition to ion implantation, the process and apparatus of the present invention can be used to perform film coating or other types of surface processing applications. Because the beam is irradiated as a branched beam with a small branch angle, a highly uniform beam density is used for implantation or particle deposition to achieve a higher level of uniformity when the expanded beam reaches the target surface. Provided for. As a result, the present invention has applications for vapor deposition for optical filter coating formation on the surface or for different types of surface processing functions on glass, metal or a wide variety of materials.

本発明はいくつかの実施例で説明してきたが、そのような開示が制限するものとして解釈されるべきでないことは理解すべきである。種々の変更および修正は上記の開示を読んだ後、当業者には疑いなく明らかとなろう。従って、添付した特許請求の範囲は、本発明の主旨および範囲にある全ての変更および修正を含んでいると解釈されることを意図する。   While this invention has been described in several embodiments, it should be understood that such disclosure is not to be construed as limiting. Various changes and modifications will no doubt become apparent to those skilled in the art after reading the above disclosure. Accordingly, the appended claims are intended to be construed to include all changes and modifications that fall within the spirit and scope of the present invention.

注入ターゲットを保持する回転盤が運動の1つの方向を、その盤の移動が第2の方向を与える、従来の先行技術であるバッチ式イオン注入システムの機能ブロック図である。1 is a functional block diagram of a prior art batch ion implantation system in which a rotating disk holding an implantation target provides one direction of motion and movement of the disk provides a second direction. FIG. 注入ターゲットが1つの方向でリボンビームを通って移動する、従来の技術であるリボンビーム注入機の機能ブロック図である。1 is a functional block diagram of a prior art ribbon beam injector where the injection target moves through the ribbon beam in one direction. FIG. イオンビームが分析マグネットを通って分岐しレンズによって平行になる本発明によるリボンビームシステムの斜視図である。1 is a perspective view of a ribbon beam system according to the present invention in which an ion beam branches through an analysis magnet and is collimated by a lens. 拡大するイオンビームに適合するように調整されるマグネットの連続する断面図を示す。Figure 2 shows a continuous cross-sectional view of a magnet adjusted to fit an expanding ion beam. 拡大するイオンビームに適合するように調整されるマグネットの連続する断面図を示す。Figure 2 shows a continuous cross-sectional view of a magnet adjusted to fit an expanding ion beam. 拡大するイオンビームに適合するように調整されるマグネットの連続する断面図を示す。Figure 2 shows a continuous cross-sectional view of a magnet adjusted to fit an expanding ion beam. 2つの多極レンズが分析マグネットに続き、そのビームは2つの可能な経路を有し、1つの経路は高エネルギー中性原子またはイオンによる汚染がない超低エネルギーに到達するように減速されるS湾曲を通る本発明の1つの実施例を示す。Two multipole lenses follow the analysis magnet and the beam has two possible paths, one path being decelerated to reach an ultra-low energy without contamination by high-energy neutral atoms or ions S 1 illustrates one embodiment of the invention through curvature. ターゲット母材がビーム経路を通って2次元で動くことのできる走査システムを示す図5aの斜視図である。FIG. 5b is a perspective view of FIG. 5a showing a scanning system in which the target matrix can move in two dimensions through the beam path. ターゲットより高く狭いビームを発生するために図5の実施例の使用を表す。FIG. 6 represents the use of the embodiment of FIG. 5 to generate a narrower beam higher than the target. ターゲットより小さい点ビームを発生するために図5の実施例の使用を表す。6 represents the use of the embodiment of FIG. 5 to generate a point beam smaller than the target. 1次元または2次元いずれかにイオンビームを通してターゲットを走査するための装置を示す。Figure 2 shows an apparatus for scanning a target through an ion beam in either one or two dimensions. 図5aおよびbのシステムで用いるS形状の減速領域の詳細を表す。6 represents details of the S-shaped deceleration region used in the system of FIGS. 5a and b. イオンビームの平行を制御するために本発明において用いることができ、代わりとなる先行技術である静電気レンズを示す。An alternative prior art electrostatic lens that can be used in the present invention to control ion beam parallelism is shown. 適切なマグネットコイルの詳細な構成を示す。Detailed configuration of a suitable magnet coil is shown. 多極レンズの詳細な構成を示す。The detailed structure of a multipole lens is shown.

Claims (20)

イオンでターゲットを注入するための装置であって、
イオンビームを生成するイオンソースと、
磁気質量アナライザと、
該イオンビームを通して2つの独立した横断方向で該ターゲットを横断するための手段と、
該イオンビームの形状を制御し、2つの異なる形状のイオンビームのどちらかを自由自在に生じさせるための、該質量アナライザとは無関係の集束手段と、
寸法が該ターゲットの寸法を上回る連続未走査リボンビームであり、単一の方向で該ビームを通して該ターゲットを横断することによって均一な量のイオンを注入するために効果的な第1の形状と、
両方の横断方向の寸法で該ターゲットより実質的に小さい連続未走査ビームであり、二次元パターンで該ビームを通して該ターゲットを横断することによって均一な量のイオンを注入するために効果的な第2の形状と、
を備える装置。
An apparatus for implanting a target with ions,
An ion source for generating an ion beam;
A magnetic mass analyzer;
Means for traversing the target in two independent transverse directions through the ion beam;
Focusing means independent of the mass analyzer for controlling the shape of the ion beam and freely generating one of two differently shaped ion beams;
A first shape effective to implant a uniform amount of ions by traversing the target through the beam in a single direction, the continuous unscanned ribbon beam having a dimension greater than that of the target;
A second continuous unscanned beam that is substantially smaller than the target in both transverse dimensions and effective to implant a uniform amount of ions by traversing the target through the beam in a two-dimensional pattern. And the shape of
A device comprising:
該イオンソースが長い寸法と短い寸法のビームを生成し、該イオンビームが該長い方の寸法で分岐する、請求項1に記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the ion source produces a long dimension and a short dimension beam, and the ion beam branches at the longer dimension. 該質量アナライザの中の該磁場が該イオンビームの該長い寸法と概して位置合わせされる、請求項1に記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the magnetic field in the mass analyzer is generally aligned with the long dimension of the ion beam. 該集束手段が該ターゲットの表面全体で該イオンビームの入射角の変動を制御し、大幅に排除するために効果的である、請求項1に記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the focusing means is effective to control and substantially eliminate variations in the incident angle of the ion beam across the surface of the target. 該集束手段が、
ワークピースの寸法全体に広がる均一なプロファイルと、
ガウスプロファイルまたは該ワークピースの寸法の半分より小さい半値幅の他の所望されるプロファイルと、
該ワークピースの寸法全体に広がる線形に変化するプロファイルと、
イオンビーム処理プロセスで有効な任意の他の所定のビームプロファイルと、
の内の1つに近似するプロファイルを自由自在に生成するように一方向で該イオンビームの該電流密度プロファイルを制御するために効果的である、請求項1に記載の装置。
The focusing means comprises
A uniform profile that extends across the dimensions of the workpiece,
A Gaussian profile or other desired profile with a half width less than half the size of the workpiece;
A linearly varying profile extending across the dimensions of the workpiece;
Any other predetermined beam profile valid in the ion beam processing process;
The apparatus of claim 1, wherein the apparatus is effective to control the current density profile of the ion beam in one direction so as to freely generate a profile approximating one of the two.
該磁気質量アナライザが、
該イオンビームのための経路を含むアーチ形のヨークと、
該イオンビーム経路に沿って該ヨークを通って伸張する1組の鏡面対称なサドル形状のコイルと、
を備える、請求項1に記載の装置。
The magnetic mass analyzer is
An arcuate yoke including a path for the ion beam;
A set of mirror-symmetric saddle-shaped coils extending through the yoke along the ion beam path;
The apparatus of claim 1, comprising:
前記位置合わせされたアレイの中の各サドル形状のコイルが、
ビーム軸の中央平面に接線方向である該ビーム軸の該曲線状のセグメントに概して平行である第1の曲線状のセグメントと、
該ビーム軸の中央平面から約90°曲がる第2の曲線状のセグメントと、
該ビーム軸全体で180°反る第3の曲線状のセグメントと、
該第2のセグメントに概して平行にある約90°の第4の曲線状のセグメントと、
該曲線状のビーム軸セグメントに平行に、及び第1のセグメントに向かい合ってある第5の曲線状のセグメントと、
該ビーム軸の中央平面から90°曲がる第6のセグメントと、
該ビーム軸全体で180°反り返る第7のセグメントと、
90°回転し、該第1の曲線状のセグメントに連結する第8のセグメントと、
を含む連続シリーズの中に8個の連結した導電性のセグメントを備える、請求項6に記載の装置。
Each saddle-shaped coil in the aligned array is
A first curved segment that is generally parallel to the curved segment of the beam axis that is tangential to the central plane of the beam axis;
A second curved segment that bends approximately 90 ° from the central plane of the beam axis;
A third curved segment that warps 180 ° along the entire beam axis;
A fourth curvilinear segment of about 90 ° that is generally parallel to the second segment;
A fifth curved segment parallel to the curved beam axis segment and facing the first segment;
A sixth segment that bends 90 ° from the central plane of the beam axis;
A seventh segment that turns 180 ° along the entire beam axis;
An eighth segment rotated 90 ° and connected to the first curvilinear segment;
The apparatus of claim 6, comprising eight connected conductive segments in a continuous series comprising:
該磁気質量アナライザが、
該イオンビームのための経路を含むアーチ形のヨークであって、前記経路が0.25メートルと2メートルの範囲の半径を有し、湾曲の円弧が少なくとも約45度から約110度以下に及び、前記アーチ形のヨークが少なくとも部分的に強磁性体から形成され、固定した寸法及び実質的に矩形の断面と、該移動するビームのための入口と出口として働く2つの別々の開口端部と、該移動するビームのための空間的な経路として働く確定できる堆積の内部空間領域を備える、アーチ形ヨークと、
位置合わせされたアレイとして平行に設定される1組の鏡面対称なサドル形状のコイルと、
を備え、
(a)該位置合わせされたアレイの該組のそれぞれ別々のコイルが2つの丸みを帯び、傾斜したループ端部を有する細長い完全なループであり、そのそれぞれが同じ方向に曲げられ、多数の導電性セグメントの内、2つのセットが該内部空間領域の両側にある該ループ端部を連結し、
(b)鏡面対称で組にされた2個のサドル形状のコイルの該位置合わせされたアレイが、
(i)アレイの中の他方のループ形状のコイルの該2つの丸みを帯び傾斜した端部にとっての曲げ方向に反対である、一方のループ形状のコイルの該2つの丸みを帯び傾斜した端部にとっての曲げ方向を提示し、
(ii)該2個のコイルのそれぞれで該閉じられたループの空洞体積を介して中心の開放された空間チャネルを提供し、前記中心開口空間チャネルが前記傾斜ループ端部のそれぞれから該アレイの該線形寸法距離で他方に伸張し、
(iii)1組の位置合わせされた丸みを帯びた傾斜ループ端部が前記アーチ形ヨーク構造の該2つの開放端部のそれぞれから伸び、それぞれに隣接してあるように前記アーチ形ヨーク構造の2つの対向する壁の内面に沿った前記内部空間領域内に配置され、
(iv)前記曲線を成す中心軸のための制限境界、及び該連続リボンイオンビームが前記アーチ形ヨーク構造の前記内部空間領域内に配置される前記2つのループ形状のコイルの間に存在する隙間空間で移動するにつれてそれのための意図された円弧経路として働く、
請求項1に記載の装置。
The magnetic mass analyzer is
An arcuate yoke including a path for the ion beam, the path having a radius in the range of 0.25 meters and 2 meters, and a curved arc extending from at least about 45 degrees to about 110 degrees or less; The arcuate yoke is at least partially formed of a ferromagnetic material, has a fixed size and a substantially rectangular cross-section, and two separate open ends that serve as an inlet and outlet for the moving beam, An arcuate yoke with an internal spatial region of determinable deposition that serves as a spatial path for the moving beam;
A set of mirror-symmetric saddle-shaped coils set in parallel as an aligned array;
With
(A) Each separate coil of the set of the aligned array is an elongate complete loop with two rounded and inclined loop ends, each of which is bent in the same direction and has multiple conductive Two sets of sex segments connect the loop ends on either side of the interior space region;
(B) the aligned array of two saddle-shaped coils paired in mirror symmetry,
(I) the two rounded and inclined ends of one loop-shaped coil opposite to the bending direction for the two rounded and inclined ends of the other loop-shaped coil in the array Presents the bending direction for
(Ii) providing a central open spatial channel through the closed loop cavity volume at each of the two coils, the central open spatial channel from each of the inclined loop ends of the array; Stretch to the other at the linear dimensional distance,
(Iii) a pair of aligned rounded inclined loop ends extending from each of the two open ends of the arched yoke structure and adjacent to each other of the arched yoke structure; Disposed in the interior space region along the inner surfaces of two opposing walls;
(Iv) a limiting boundary for the curvilinear central axis and a gap between the two loop-shaped coils in which the continuous ribbon ion beam is disposed in the internal space region of the arched yoke structure Acts as an intended circular path for it as it moves in space,
The apparatus of claim 1.
該集束手段が、それぞれが1組の制御可能な電源により付勢される1組の多極レンズを備え、
該第1の多極レンズが、該ビームに横断方向のサイズと電流密度プロファイルの両方を制御するために有効な、場勾配の多層の制御可能な領域を有する全面的な四重極電場を生成することにより、該ターゲットでの該イオンビームのサイズと電流密度プロファイルを制御するために該ビームプロファイルの測定値に応えて動作でき、
該第2の多極レンズが、該アナライザ磁石の非分散平面内でのイオンビームの視準に適した四重極電場を生成するために操作でき、該イオンビームの発散または集束を相殺し、該第2の多極が該第1の多極レンズにより生じたものを含む、ビームの角度変化を削減するために場の勾配の追加の制御可能な領域を重ね合わせることができる、
請求項1に記載の装置。
The focusing means comprises a set of multipole lenses each energized by a set of controllable power supplies;
The first multipole lens generates an overall quadrupole electric field with multiple controllable regions of field gradient that is effective to control both the transverse size and current density profile of the beam Can operate in response to measurements of the beam profile to control the size and current density profile of the ion beam at the target,
The second multipole lens is operable to generate a quadrupole electric field suitable for collimation of the ion beam in the non-dispersive plane of the analyzer magnet, canceling the divergence or focusing of the ion beam; Additional controllable regions of field gradient can be superimposed to reduce beam angular changes, including the second multipole produced by the first multipole lens.
The apparatus of claim 1.
各多極レンズが該イオンビームのどちらかの側で互いに平行に配置される2つの多極コイルアレイを備え、それぞれが
強磁性体と、無関係に巻き付けられ、支持棒上の事前に選ばれた位置に隣接して配置される複数のワイヤコイルを備える真っ直ぐな支持棒と、
前記第1及び第2の多極アレイの前記支持棒の前記それぞれの上のそれぞれ隣接して配置されるワイヤコイルを通って無関係且つ同時に可変電流の電気エネルギーを通過させるための電源のセットであって、それによりそれぞれの隣接して配置され、付勢されるワイヤコイルが無関係且つ同時に前記第1の多極コイルアレイと第2の多極コイルアレイの間に限られた幅の直角に伸張し、個々に調整可能な磁場の勾配を生成し、限られた幅の前記複数の隣接して伸びる磁場の勾配が前記第1の多極コイルアレイと第2の多極コイルアレイの間に連続磁場を集合的に形成し、前記連続磁場内の限られた幅のそれぞれの磁場勾配が前記連続磁場上で調整可能且つ制御可能な磁場勾配を生じさせるために自由自在に個々に及び同時に改変できる電源のセットと、
からそれぞれ構成される、請求項1に記載の装置。
Each multipole lens comprises two multipole coil arrays arranged parallel to each other on either side of the ion beam, each wrapped independently of the ferromagnet and pre-selected on the support rod A straight support bar comprising a plurality of wire coils arranged adjacent to the position;
A set of power supplies for passing irrelevant and simultaneously variable current electrical energy through respective adjacently disposed wire coils on each of the support rods of the first and second multipole arrays; Thus, each adjacently arranged and energized wire coil extends irrelevantly and simultaneously with a limited width of right angle between the first and second multipole coil arrays. Generating individually adjustable magnetic field gradients, wherein a plurality of adjacently extending magnetic field gradients of limited width are continuous magnetic fields between the first multipole coil array and the second multipole coil array , And each magnetic field gradient of a limited width within the continuous magnetic field can be freely and individually modified simultaneously to produce an adjustable and controllable magnetic field gradient on the continuous magnetic field. of And Tsu door,
The apparatus of claim 1, each comprising:
該イオンビーム、及びターゲットへ所望される均一な量のイオンを注入するためのイオン注入機内の機械走査システムを制御する方法であって、
リボン形状で拡大する質量分析済みの連続イオンビームを提供するステップと、
電流または電圧の複数の制御可能なソースを用いてその主要な寸法に沿って複数の隣接するゾーン内で該イオンビームの焦点を局所的にあわせる、または外すために有効な第1の多極レンズを提供するステップと、
どちらかが随意的に円弧形状であってよい、2つの概して直交方向でイオンビームを通して注入されるターゲットを移動するための手段を所望される注入位置で提供するステップと、
その主要な寸法に沿って該イオンビームのサイズ及び電流プロファイルを測定する、前記所望される注入位置にあるまたは近くにある手段を提供する手段を提供するステップと、
少なくとも第1のモードと第2のモードの1つで該イオンビームのサイズを制御するステップと、
その主要な寸法が該注入されたターゲットの寸法を超えるまで該イオンビームが拡大するように該多極レンズを調整するステップと、均一な注入に適したプロファイルを達成するために該リボンビームの該電流均一性を制御するために該多極レンズをさらに調整するステップと、次に単一の方向に沿って前後に1回または複数回、該リボンイオンビームに該ターゲットを通すステップとを備える第1のモードと、
該イオンビームの焦点を合わせるために該多極レンズのすべてのゾーンを調整し、それによってその発散を中断し、それを該注入されたターゲットの該サイズの一部にさせるステップと、次に該ターゲットの前面をイオンで注入するために有効な連続した経路に沿って前後に数回、該イオンビームに該ターゲットを通すステップとを備える第2のモードと、
を備える方法。
A method of controlling a mechanical scanning system in an ion implanter for implanting the ion beam and a desired uniform amount of ions into a target comprising:
Providing a mass-analyzed continuous ion beam that expands in a ribbon shape;
A first multipole lens effective to locally focus or defocus the ion beam in a plurality of adjacent zones along its major dimension using a plurality of controllable sources of current or voltage Providing steps, and
Providing means for moving a target to be implanted through the ion beam in two generally orthogonal directions, either of which may optionally be arc-shaped, at a desired implantation location;
Providing means for measuring the size and current profile of the ion beam along its major dimensions to provide a means at or near the desired implantation location;
Controlling the size of the ion beam in at least one of a first mode and a second mode;
Adjusting the multipole lens so that the ion beam expands until its major dimension exceeds that of the implanted target, and the ribbon beam to achieve a profile suitable for uniform implantation. Further adjusting the multipole lens to control current uniformity and then passing the target through the ribbon ion beam one or more times back and forth along a single direction. 1 mode,
Adjusting all zones of the multipole lens to focus the ion beam, thereby interrupting its divergence and making it part of the size of the implanted target; Passing the target through the ion beam several times back and forth along a continuous path effective for implanting ions in front of the target; and
A method comprising:
該第2のモードで、所望されるプロファイルを有するように形成される該スポットビームの該電流プロファイルを制御するために該多極レンズを調整するステップをさらに備える、請求項11に記載の方法。 The method of claim 11, further comprising adjusting the multipole lens to control the current profile of the spot beam formed to have a desired profile in the second mode. 該第1の多極レンズと該注入位置の間に第2のレンズを提供するステップと、該ターゲットの該注入された表面全体で該ビームの該イオンの入射角の該変動を最小限に抑えるために該第2の多極レンズの該励起を制御するステップとをさらに備える、請求項11に記載の方法。 Providing a second lens between the first multipole lens and the implantation location, and minimizing the variation in the angle of incidence of the ions of the beam across the implanted surface of the target. And the step of controlling the excitation of the second multipole lens. 第3のモードが、
該第1の操作モードで使用されるものから偏向を増加または減少するように該アナライザ磁石を操作し、それにより該ビーム経路をその意図された経路の軸からわずかに分岐させるステップと、
場の少なくとも2つの異なるゾーン内に横断方向の静電場構成要素を含む遅延静電場を適用し、第1のゾーンの該場がその意図された経路の軸に向かって該イオンビームを後方に偏向するように向けられ、該第2のゾーンの該場が該第1のゾーンの場に対向して向けられ、それにより該イオンビームが減速され、その意図された移動軸と再結合させられるステップと、
該意図されたs形状のビーム経路に従うことができない、望ましくないエネルギーの中性原子及びイオンを妨害するように該ビームのどちらかの側に障害物を置くステップと、
それにより該減速されたイオンビームからこれらの望ましくない粒子を排除するステップと、
を備える、請求項11に記載の方法。
The third mode is
Manipulating the analyzer magnet to increase or decrease deflection from that used in the first mode of operation, thereby slightly diverting the beam path from the axis of its intended path;
Apply a delayed electrostatic field that includes transverse electrostatic field components in at least two different zones of the field so that the field of the first zone deflects the ion beam back toward the axis of its intended path Directed so that the field of the second zone is directed against the field of the first zone, whereby the ion beam is decelerated and recombined with its intended axis of movement. When,
Placing obstructions on either side of the beam to obstruct neutral atoms and ions of undesired energy that cannot follow the intended s-shaped beam path;
Thereby eliminating these unwanted particles from the decelerated ion beam;
The method of claim 11, comprising:
ターゲットへ所望される均一な量のイオンを注入する方法であって、
リボン形状で拡大する質量分析済みの連続イオンビームを形成するステップと、
第1の多極レンズに印加される電流または電圧の複数の制御可能なソースを用いてその主要な寸法に沿って複数の隣接するゾーン内で該イオンビームの焦点を合わせるまたは外すステップと、
どちらかが随意的に円弧形状であってよい2つの概して直角方向でイオンビームを通して注入されるターゲットを移動するステップと、
その主要な寸法に沿って該イオンビームの該サイズ及び電流プロファイルを測定するステップと、
少なくとも第1のモードと第2のモードの1つで該イオンビームの該サイズを制御するステップと、
その主要な寸法が該注入されたターゲットの寸法を超えるまで該イオンビームが拡大するように該多極レンズを調整するステップと、均一な注入に適したプロファイルを達成するために該リボンビームの該電流均一性を制御するために該多極レンズをさらに調整するステップと、次に単一方向に沿って前後に1回または複数回該リボンイオンビームに該ターゲットを通過させるステップとを備える第1のモードと、
該イオンビームの焦点を合わせるために該多極レンズのすべてのゾーンを調整し、それによってその発散を停止し、それを該注入されたターゲットの該サイズの一部にさせるステップと、次に該ターゲットの全面をイオンで注入するのに有効な連続した経路に沿って前後に数回該イオンビームに該ターゲットを通過させるステップとを備える第2のモードと、を備える方法。
A method for implanting a desired uniform amount of ions into a target, comprising:
Forming a mass-analyzed continuous ion beam that expands in a ribbon shape;
Focusing or defocusing the ion beam in a plurality of adjacent zones along its major dimension using a plurality of controllable sources of current or voltage applied to the first multipole lens;
Moving a target implanted through the ion beam in two generally perpendicular directions, either of which can optionally be arc-shaped;
Measuring the size and current profile of the ion beam along its major dimensions;
Controlling the size of the ion beam in at least one of a first mode and a second mode;
Adjusting the multipole lens so that the ion beam expands until its major dimension exceeds that of the implanted target, and the ribbon beam to achieve a profile suitable for uniform implantation. Further adjusting the multipole lens to control current uniformity, and then passing the target through the ribbon ion beam one or more times back and forth along a single direction. Mode and
Adjusting all zones of the multipole lens to focus the ion beam, thereby stopping its divergence and making it part of the size of the implanted target; And passing the target through the ion beam several times back and forth along a continuous path effective to implant the entire surface of the target with ions.
第2のモードで、所望されるプロファイルを有するように形成される該スポットビームの該電流プロファイルを制御するように該多極レンズを調整するステップをさらに備える、請求項15に記載の方法。 The method of claim 15, further comprising adjusting the multipole lens to control the current profile of the spot beam formed to have a desired profile in a second mode. 第2のレンズが該第1の多極レンズと該注入位置の間に位置し、該ターゲットの該注入された表面全体で該ビームの該イオンの入射角の変動を最小限に抑えるために該第2の多極レンズの励起を制御するステップをさらに備える、請求項15に記載の方法。 A second lens is located between the first multipole lens and the implantation position to minimize variations in the angle of incidence of the ions of the beam across the implanted surface of the target. The method of claim 15, further comprising controlling the excitation of the second multipole lens. 該第1の動作モードで使用されるものから偏向を増加または減少するために該アナライザ磁石を操作し、それによって該ビーム経路をその意図された経路の軸からわずかに分岐させるステップと、
場の少なくとも2つの異なるゾーン内に横断方向の静電場構成要素を含む遅延静電場を適用し、第1のゾーンの該場がその意図された経路の軸に向かって該イオンビームを後方に偏向するように向けられ、該第2のゾーンの該場が該第1のゾーンの場に対向して向けられ、それにより該イオンビームが減速され、その意図された移動軸と再結合させられるステップと、
該意図されたs形状のビーム経路に従うことができない望ましくないエネルギーの中性原子及びイオンを妨害するステップと、
それにより該減速したイオンビームからこれらの望ましくない粒子を排除するステップと、
を備える、請求項15に記載の方法。
Manipulating the analyzer magnet to increase or decrease deflection from that used in the first mode of operation, thereby causing the beam path to diverge slightly from the axis of its intended path;
Apply a delayed electrostatic field that includes transverse electrostatic field components in at least two different zones of the field so that the field of the first zone deflects the ion beam back toward the axis of its intended path Directed so that the field of the second zone is directed against the field of the first zone, whereby the ion beam is decelerated and recombined with its intended axis of movement. When,
Interfering with undesired neutral atoms and ions that cannot follow the intended s-shaped beam path;
Thereby eliminating these undesirable particles from the decelerated ion beam;
16. The method of claim 15, comprising:
イオンビームを減速させるための装置であって、
イオンビームが抽出され、初期エネルギーに対して加速されるイオンソースと、
該イオンビームの該エネルギーがわずかに上昇する短い領域と、
該初期エネルギーに等しい、または該初期エネルギーより低いエネルギーに減速される一方で、少なくとも10度第1の方向で偏向される領域と、
該イオンビームが中間エネルギーに減速される領域と、
該第1の方向に反対の第2の方向で偏向され、該最終エネルギーでの該ビームを所定のビーム軸に沿って通過させる一方で、該イオンビームがその最終エネルギーに減速される領域と、
を備える装置。
An apparatus for decelerating an ion beam,
An ion source from which an ion beam is extracted and accelerated relative to the initial energy;
A short region where the energy of the ion beam rises slightly;
A region that is decelerated to an energy equal to or less than the initial energy while being deflected in the first direction by at least 10 degrees;
A region where the ion beam is decelerated to intermediate energy;
A region that is deflected in a second direction opposite the first direction to pass the beam at the final energy along a predetermined beam axis, while the ion beam is decelerated to the final energy;
A device comprising:
該最終的なエネルギーより高いエネルギーを有する汚染物質イオン及び中性原子を実質的に排除する一方で、初期エネルギーを有するイオンビームを最終的な低いエネルギー及び最終的な方向に減速する方法であって、
初期エネルギーでイオンのビームを生成するステップと、
イオンビーム経路に沿って該イオンビームを誘導するステップと、
該イオンビームに、減速されながら概してs形状の経路に従わせるように該ビーム経路に沿って静電電位及び電場を制御、調整し、その結果概して最終的な方向での減速移動後に該イオンビーム内の該イオンが該最終エネルギー及び該ビームの質量中心まで減少されるステップと、
イオンビームから取り除くために、電荷交換によって該イオンビームから形成される変更されない中性原子を妨害するステップと、
を備える方法。
A method of decelerating an ion beam having an initial energy in a final low energy and final direction while substantially eliminating contaminant ions and neutral atoms having a higher energy than the final energy. ,
Generating a beam of ions with initial energy;
Directing the ion beam along an ion beam path;
Control and adjust the electrostatic potential and electric field along the beam path to cause the ion beam to follow a generally s-shaped path while being decelerated, so that the ion beam is generally after decelerating movement in the final direction. The ions in are reduced to the final energy and the center of mass of the beam;
Interfering with unmodified neutral atoms formed from the ion beam by charge exchange to remove it from the ion beam;
A method comprising:
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